基于樹(shù)基溝河流域水文特征探析

聶文歡

(遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口 115003)

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基于樹(shù)基溝河流域水文特征探析

聶文歡

(遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口 115003)

樹(shù)基溝河流域無(wú)水文測(cè)站，沒(méi)有相應(yīng)的水文資料，文章采用遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》以及遼寧省水文手冊(cè)來(lái)推求該流域設(shè)計(jì)洪峰流量，同時(shí)對(duì)該流域的泥沙進(jìn)行了分析，泥沙主要來(lái)源為洪水?dāng)y帶的懸移質(zhì)、推移質(zhì)。多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.40萬(wàn)t，多年平均推移質(zhì)輸沙量為0.36萬(wàn)t。

暴雨；徑流；洪峰流量；泥沙

1 概 述

樹(shù)基溝河河發(fā)源于北三家鄉(xiāng)莫日紅山，流域面積160.21km2，河長(zhǎng)27.95km，河道平均比降8.63‰，是渾河右岸重要的一級(jí)支流。斗虎屯河發(fā)源于枸乃甸鄉(xiāng)，為渾河右岸一級(jí)支流，流域面積97.1km2，河長(zhǎng)19.1km，河道平均比降17.23‰。河道流域內(nèi)山多地少，為低山丘陵地區(qū)，土壤為棕色森林土，侵蝕小，森林茂密，植被較好。

清原縣樹(shù)基溝河流域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)。流域內(nèi)夏季涼爽多雨，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，春秋兩季較短，風(fēng)沙大，蒸發(fā)量較大。常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北偏北。根據(jù)清原站氣象資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫5.4℃左右，最低極端氣溫-37.3℃，最高極端氣溫37.2℃，多年平均降水量781mm，年內(nèi)分配極不均勻，多集中在7、8月份，約占全年降水量的50%以上，降雨的年際變化也很大，多年平均蒸發(fā)量1210mm(直徑20cm蒸發(fā)皿觀測(cè))。年平均無(wú)霜期130天，初霜最早為9月中旬，終霜最晚發(fā)生在5月中旬，凍土最大深度1.69m，冰厚0.5m左右，多年平均風(fēng)速2.0m/s，年最大風(fēng)速26.3m/s。

2 樹(shù)基溝河工程區(qū)地質(zhì)條件

據(jù)以往周邊工程勘察鉆探揭露，樹(shù)基溝河兩岸岸坡地層自上而下依次為：

1)素填土層：雜色，稍濕，松散狀態(tài)為主，局部稍密，主要由粉土及砂礫卵石等組成。粗、細(xì)粒徑不均，礫卵石含量約占18%-25%，最大粒徑可達(dá)130mm。本層分布不連續(xù)，局部缺失，一般層底埋深1.1-6.4m。該層允許承載力[R]=100-150kPa。

2)砂礫卵石層：灰黃-黃褐色，濕-飽和，中密狀態(tài)，卵石最大粒徑可達(dá)80mm，一般粒徑20-45mm，含量約占60%，卵石分選較差，磨圓較好，多呈圓狀或渾圓狀，卵石多呈弱風(fēng)化狀態(tài)，巖性以泥巖為主，可見(jiàn)明顯的二元結(jié)構(gòu)。局部層間夾有粗砂、礫砂、圓礫薄層或透鏡體。層位分布不均，局部缺失，一般層底埋深1.2-6.7m，層厚1.2-3.9m。該層允許承載力[R]=300-450kPa。

3)基巖：本區(qū)段下伏基巖巖性主要有泥巖。紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。強(qiáng)風(fēng)化巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已大部分破壞，巖芯多呈碎塊狀，少量呈土狀，為軟巖。最大揭露厚度為5.20m。中風(fēng)化巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖芯錘擊聲脆，多呈短柱狀，少量呈碎塊狀，礦物成分以長(zhǎng)石及石英為主，含少量云母，為較軟巖；最大揭露厚度為2.70m。本層分布不連續(xù)。該層允許承載力[R]=400-650kPa。

3 徑 流

樹(shù)基溝河徑流補(bǔ)給主要來(lái)自降水。降水受太平洋暖濕氣流和地形的影響，降水年際變化大，年內(nèi)分配不均。徑流于降水在地區(qū)分布、年際變化、年內(nèi)分配上變化較為一致[1-3]。流域多年平均降水量由上游向下游遞減，多年平均徑流深亦由上游向下游遞減，在300mm-200mm之間，徑流量亦集中在6-9月，樹(shù)基溝河多年平均徑流量4763×104m3，斗虎屯河多年平均徑流量2887×104m3，多年平均徑流深為297.3mm。

4 設(shè)計(jì)洪水

4.1 水文基本資料

樹(shù)基溝河為渾河右岸一級(jí)支流，河流域內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，相鄰紅河流域有四道河子水文站，四道河子水文站位于省撫順市清原縣清原鎮(zhèn)四道河村，斷面設(shè)在紅河上，為國(guó)家基本水文站，為渾河上游控制站。

4.2 暴雨特性

項(xiàng)目區(qū)所在流域發(fā)生大暴雨的天氣系統(tǒng)，根據(jù)其發(fā)生的頻次順序?yàn)槿A北氣旋、低壓冷鋒、臺(tái)風(fēng)、高空槽等。1888年、1923年為臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向類，1960、1935、1929年為高空槽。1995年7月太平洋副熱帶高壓北抬，其北部邊緣在E32°左右，給北方地區(qū)帶來(lái)了適宜的暖濕空氣。此時(shí)西風(fēng)帶有冷槽東移，冷平流輸送的冷空氣不斷由西向東轉(zhuǎn)移并與南部副高形成靜止切變，并在遼寧東北部和東部穩(wěn)定滯留，形成特大暴雨[4]。上述天氣系統(tǒng)一般可出現(xiàn)1-3d暴雨天氣，并具有雨量大、強(qiáng)度高、面積廣等特點(diǎn)。

項(xiàng)目區(qū)所在河流域暴雨多發(fā)生在7、8月，占全年的78%-90%，尤以7月下旬、8月上旬為最大，占全年的45%-57%。流域內(nèi)洪水由暴雨產(chǎn)生，洪水發(fā)生的時(shí)間與暴雨出現(xiàn)的時(shí)間較一致。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，洪水多發(fā)生在7、8月，占全部洪水出現(xiàn)季節(jié)的78%-89%，尤其集中于7月下旬—8月上旬，占56%左右。

4.3 歷史洪水

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查收集和查閱相關(guān)資料，樹(shù)基溝河流域分別在1995年、2005年和2010年出現(xiàn)過(guò)特大暴雨情況：

1995年7月下旬至8月上旬，遼寧省遭受歷史罕見(jiàn)的特大暴雨襲擊。暴雨范圍廣、來(lái)勢(shì)猛、強(qiáng)度大，導(dǎo)致河流洪水猛增，水庫(kù)水位陡漲。樹(shù)基溝河和斗虎屯河所在渾河流域出現(xiàn)歷史有記載以來(lái)第一位大洪水。1995年7月29日，樹(shù)基溝河和斗虎屯河流域出現(xiàn)大面積的洪澇災(zāi)害，大面積岸坡滑塌，河道兩岸村莊和耕地被淹，損失嚴(yán)重。

2005年7月末到8月初，樹(shù)基溝河和斗虎屯河所在流域均出現(xiàn)特大暴雨，造成流域內(nèi)大面積的洪澇災(zāi)害，多處堤防和岸坡滑塌，河道兩岸村莊和耕地被淹，損失嚴(yán)重。

2010年7月31日清原縣特大洪水造成了14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同程度受災(zāi)，其中項(xiàng)目區(qū)所在北三家鄉(xiāng)為受災(zāi)嚴(yán)重鄉(xiāng)鎮(zhèn)。項(xiàng)目區(qū)所在流域內(nèi)河道兩岸大面積岸坡滑塌，河道兩岸村莊和耕地被淹，大部分公路設(shè)施被沖毀，損失嚴(yán)重。

4.4 樹(shù)基溝河(斷面Ⅰ)設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

樹(shù)基溝河為山丘區(qū)河道，并且沒(méi)有水文觀測(cè)資料，屬無(wú)資料地區(qū)，故本次設(shè)計(jì)使用采用1998年《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量[5]。

樹(shù)基溝河流域面積160.21km2，河長(zhǎng)27.95km。為增加計(jì)算成果的準(zhǔn)確性，本次樹(shù)基溝河設(shè)計(jì)洪峰流量分為2個(gè)斷面計(jì)算，分別位于樹(shù)基溝村上游(對(duì)應(yīng)樁號(hào)S14+828.25)和入河口黑石木(對(duì)應(yīng)樁號(hào)S0+000)，取入河口斷面為斷面Ⅰ。

斷面Ⅰ以上集水面積為157.08km2，河道長(zhǎng)27.68km，河道平均比降為8.21‰，河道參數(shù)均由軍測(cè)1:50000地形圖上測(cè)量得出：

即集雨面積F=157.08km2,河長(zhǎng)L=27.68km，確定河道平均比降J=8.21‰。確定流域位于遼寧水文手冊(cè)分區(qū)Ⅲ5區(qū)，根據(jù)集雨面積查圖得出暴雨折減系數(shù)kf=0.975。

匯流時(shí)間的計(jì)算：

式中參數(shù)x、y查附表分別為0.96、0.73。

計(jì)算查表10min、1、6、24h和3d的設(shè)計(jì)面雨量及n0p，n1p和n2p：

P三=110mmCv三=0.55Cs=3.5Cv

P24=90mmCv24=0.55Cs=3.5Cv

P6=55mmCv6=0.55Cs=3.5Cv

P1=27mmCv1=0.52Cs=3.5Cv

查Cv與kp關(guān)系表(略)可知,計(jì)算10a一遇的洪水時(shí)，查頻率為10%對(duì)應(yīng)的kp值。

P=10% 當(dāng)Cv三=0.55時(shí)，kp=1.72；

當(dāng)Cv24=0.55時(shí)，kp=1.72；

當(dāng)Cv6=0.55時(shí)，kp=1.72；

當(dāng)Cv1=0.52時(shí)，kp=1.69。

因?yàn)閰R流時(shí)間為5.03h，所以暴雨強(qiáng)度計(jì)算試為：

Pτp面=p1p面×τ1-n1p×24n2p-1×6n1p-n2p=85.83mm。

同理可求得P=5%，P=20%的設(shè)計(jì)洪峰流量。計(jì)算成果見(jiàn)表1，2。

表1 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算表

表2 樹(shù)基溝河設(shè)計(jì)洪峰成果表

5 泥 沙

泥沙主要來(lái)源為洪水?dāng)y帶的懸移質(zhì)、推移質(zhì)。根據(jù)遼寧省1956-2000年懸移質(zhì)平均年輸沙模數(shù)分布圖(參考《遼寧省水資源》)，樹(shù)基溝河所在流域內(nèi)輸沙模數(shù)為100-200t/km2。取輸沙模數(shù)平均值150t/km2計(jì)算到樹(shù)基溝河流域多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.40萬(wàn)t，多年推移質(zhì)平均年輸沙量按照多年懸移質(zhì)輸沙量的15%計(jì)算，多年推移質(zhì)平均年輸沙量為0.36萬(wàn)t，多年平均總輸沙量為2.76萬(wàn)t。

[1]楊大卓.熊岳河流域水文特征概述[J].遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(06)：66-68.

[2]李艷紅,楚新正,金海龍.新疆艾比湖流域水文特征分析[J].水文，2006(05)：21-24.

[3]趙愛(ài)軍,高忠詠,馮天梅,等.孤山川流域水文特征變化及驅(qū)動(dòng)因素[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2014(01)：33-34.

[4]薛輝.黃土丘陵溝壑區(qū)王家溝流域水文特征分析[J].山西水利，2006(01)：59-60.

[5]高文權(quán),李文華.新疆皮山河流域水文特征分析[J].吉林水利，2010(09)：101-102.

1007-7596(2017)04-0026-03

2017-03-06

聶文歡(1983-)，男，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，從事水文工作。

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